地球系统碳循环平衡机制中源与汇的逆向变化研究

判断一个概念和学术话语体系是否科学，不是看它有多少论著，是否被官方文件采纳；关键看它是否正确反映了事物的本质特征和内在联系，是否科学揭示了事物变化的根本原因和未来趋势。为了说明低碳经济的话语纠结和行动偏向，需要分析地球系统碳循环机制的变化。

（一）自然碳源和碳汇的动态平衡

碳是地球上存量较大的一种化学元素，全球碳总量大约为41.65万亿吨，以二氧化碳、碳酸钙、碳水化合物、碳氢化合物等多种物质形态分布于海洋、土壤、陆地生物圈和大气层。不同圈层中的碳处于循环变化之中，主要有三条循环链：（1）在海洋和大气层之间，主要通过海水对二氧化碳的溶解和海洋生物活动等过程吸收大气中的碳，同时又通过相反的作用加以排放；（2）在陆地生物圈和大气层之间，主要通过各种生物活动特别是植物光合作用吸收大气中的二氧化碳，在一定条件下把碳固定和保存下来，当这些生物死亡和腐烂时，体内的碳部分留于土壤，部分释放到大气中；（3）在海洋和陆地之间，主要通过大气和水的运动发生碳循环。地球系统碳循环中的排放和吸收分别称为碳源和碳汇，当没有人类活动干预时，二者基本上处于动态平衡中。在正常年份，海洋和陆地每年对大气层的碳排放量和吸收量在1600亿吨左右，见表1。如果发生大规模火山爆发等剧烈活动，年度排放量也可能超过吸收量，但是在长期内会趋于均衡。这是一种客观规律。

表1　海陆对大气层年均碳循环量　单位：亿吨

资料来源：陈沣勤主编：《地球系统碳循环》，科学出版社2004年版，第21页。

（二）人口与碳源的增长

自从地球上有人类以来，人的活动就形成一种碳源。因此，地球系统的碳源可以分为自然碳源和人口碳源：自然碳源是海洋和陆地自然界的碳排放，人口碳源则是人类社会对碳的需求和利用所形成的碳排放。后者主要由四个层面构成：（1）人作为一种生物或动物的躯体含有一定量的碳，并通过各种生理活动形成碳排放；（2）生产粮食、蔬菜、水果等各种经济作物形成碳排放；（3）利用煤炭和石油等化石能源形成碳排放；（4）制造各种含碳材料和设备用品形成碳排放。其中前两个层面的碳源有相应的碳汇构成循环链，是地球上出现人类以后碳循环的组成部分；后两个层面到目前为止基本上属于单向排放，没有对应的碳汇，或者碳汇很低，远远不足以保持平衡。

随着地球上人口数量不断增长和人均碳排放水平逐步上升，人口碳源不断增长。近20年来，除了德国、英国、法国等少数发达国家人口碳源有所下降之外，多数国家以及由此构成的世界人口碳源总量的增长态势没有改变。1990—2011年，全世界人口由53亿人增加到70亿人以上，增长了32.08%；二氧化碳年排放量由227亿吨增加到340亿吨，增长50.44%。^[56]虽然不同国家人口数量和人均排放水平对碳源的贡献大小有差异，但是全世界人口增长是推动碳源增长的主要因素。(www.xing528.com)

（三）人类活动引起的碳汇下降

碳汇是指陆地生物圈和海洋对大气层中碳的吸收或清除。其中陆地生物圈的碳汇主要由森林、草原、湿地和各种农作物的碳吸收能力构成。据估计，全世界绿色植物（包括陆地植被和海洋植物）每年光合作用将750亿吨碳转化为糖类化合物。^[57]由于人类活动的多种影响，特别是对陆地生物圈的干预，碳汇呈现下降趋势，主要表现为：（1）世界森林面积减少，质量下降；（2）草原退化，湿地减少，局部土地荒漠化，基本丧失碳吸收能力；（3）部分国家和地区耕作方式不当，导致农业碳排放大于吸收；（4）越来越多的地面建设公路、铁路和各种建筑物而硬化，完全丧失碳吸收能力。

以森林为例。8000年前地球上森林面积大约为6220万平方公里，由于人口增加对食物和各种生活设施、用品产生无止境的需要，到处毁林开荒，筑路造屋，加之自然因素的影响，现存森林面积仅剩3336万平方公里，减少了46.4%。^[58]1990—2000年，地球森林平均每年消失1.5%，2000—2005年平均每年消失1.7%。据测量，每年每平方公里森林净吸收碳量为270—1125吨，同8000年前相比，现在地球系统因森林减少而丧失的碳汇为每年77.87亿吨至324.45亿吨。加上草原退化和湿地减少等方面的损失，碳汇下降比碳源增加对全球碳循环失衡的影响更为严重。

（四）人口碳源和碳汇逆向变化是导致大气层碳含量增加的主要原因

在不同的时间和空间范围内，人口碳源和碳汇可以发生相同和不同方向的变化，包括二者同时增加、同时减少、一个增加另一个减少等。二者增减方向相反的变化称为逆向变化。如上所述，自近代以来人口碳源和碳汇发生显著逆向变化，即在人口碳源增加的同时碳汇减少。这意味着地球系统的碳循环平衡机制受损，由此引起大气层碳含量增加。据计算，1850—1990年，人类活动累计向大气层排放了3360亿吨碳，其中化石燃料的燃烧排放了2120亿吨，改变土地利用方式排放了1240亿吨；这些碳之中有1070亿吨被海洋吸收，850亿吨被陆地生态系统吸收，剩余1440亿吨存留于大气中，占目前大气层碳总量的19.2%。^[59]

众所周知，地球上的煤炭和石油等化石能源是原始生物特别是原始森林在地壳运动中通过漫长的地质作用而形成的。它们的碳最初来自生物从大气层和土壤中吸收的碳。人类自近代工业化以来通过大规模开采使用煤炭和石油等化石能源，将原来生物从大气中缓慢吸收并固定下来的碳迅速释放到大气中去。假如这种释放的速度得到适当控制，大部分能够为植被再吸收，少部分由人类通过碳捕捉加以回收，总体循环是不会失去平衡的。现在的问题是，人口碳源和碳汇逆向变化打破了地球系统碳循环的平衡。既然如此，那么要解决这个问题就必须从减源增汇（指减少碳源和增加碳汇，下同）两个方向作出努力，修复碳循环平衡机制，并维护它的健康运行。毫无疑问，提高化石能源利用效率，全面开发利用可再生能源，减少温室气体排放，对修复碳循环平衡机制是非常必要的。但是从降低或减少碳源、提高或增加碳汇的关系来看，低碳经济的话语体系和行动方案中存在一些令人困惑的问题。